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KR102161812B1 - System and Method for Controlling MPPT of Photovoltaic System Using Active Power Control - Google Patents

System and Method for Controlling MPPT of Photovoltaic System Using Active Power Control Download PDF

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KR102161812B1
KR102161812B1 KR1020190072448A KR20190072448A KR102161812B1 KR 102161812 B1 KR102161812 B1 KR 102161812B1 KR 1020190072448 A KR1020190072448 A KR 1020190072448A KR 20190072448 A KR20190072448 A KR 20190072448A KR 102161812 B1 KR102161812 B1 KR 102161812B1
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KR
South Korea
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solar
inverter
power
terminal voltage
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KR1020190072448A
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Inventor
강용철
박정욱
양형규
Original Assignee
연세대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a device and a method for controlling MPPT of a photovoltaic system using active power control, which enable high power generation efficiency of the photovoltaic system by performing MPPT based on active power control when the amount of insolation fluctuates to quickly and accurately follow the maximum output point. The device for controlling MPPT of the photovoltaic system using active power control includes: a solar panel; a solar inverter unit for converting and outputting DC power input from the solar panel into AC power used as commercial power; and an active power-base inverter control unit which determines a reference value (P_mpp) for the solar inverter output (P_inv) by using the curve (P_mpp) connecting the maximum output points according to the change in solar radiation in the P-V curve of the relationship between the solar output and the terminal voltage, measures a terminal voltage (V_pv) of the solar panel, and performs the operation by the maximum power point tracking (MPPT) control which tracks the value of a terminal voltage which varies depending on the amount of insolation in the solar inverter unit.

Description

유효 전력 제어를 이용한 태양광 발전 시스템의 MPPT 제어를 위한 장치 및 방법{System and Method for Controlling MPPT of Photovoltaic System Using Active Power Control}System and Method for Controlling MKP of Photovoltaic System Using Active Power Control}

본 발명은 태양광 발전 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 유효 전력 제어를 기반으로 MPPT를 수행하여 최대 출력점을 신속하고 정확하게 추종하여 태양광 발전시스템의 높은 발전 효율을 구현할 수 있도록 한 유효 전력 제어를 이용한 태양광 발전 시스템의 MPPT 제어를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a photovoltaic power generation system, and in particular, by performing MPPT based on active power control, the maximum power point is quickly and accurately followed, and the active power control is used to realize high power generation efficiency of the photovoltaic power generation system. It relates to an apparatus and method for controlling MPPT of a solar power system.

태양 에너지를 공급받아 전력을 생산하는 태양광 발전시스템의 출력-단자전압 관계는 위로 볼록한 특성을 가진다.The output-terminal voltage relationship of a solar power generation system that generates power by receiving solar energy has a convex upward characteristic.

태양광 발전시스템의 최대출력을 생산하기 위한 단자전압의 값이 존재하며, 일사량이 변함에 따라 최대 출력을 얻기 위한 단자전압이 달라지는 특성을 갖는다. There is a value of the terminal voltage to produce the maximum output of the solar power generation system, and it has a characteristic that the terminal voltage to obtain the maximum output varies as the amount of solar radiation changes.

따라서, 일사량이 변함에 따라 태양광 발전시스템이 최대의 전력을 생산하기 위해서는, 일사량에 따라 달라지는 단자전압의 값을 추종하는 최대 전력점 추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 제어가 필수적이다.Therefore, in order for the solar power generation system to produce the maximum power as the amount of insolation changes, it is essential to control the maximum power point tracking (MPPT) that tracks the value of the terminal voltage that varies according to the amount of insolation.

종래 기술에서 주로 사용되는 태양광 발전시스템의 MPPT 제어 방법은 Perturbation & Observation(P&O) 방식이 있다.The MPPT control method of the solar power generation system mainly used in the prior art includes a Perturbation & Observation (P&O) method.

도 1은 일반적인 태양광 발전 시스템의 구성도이고, 도 2는 종래 기술의 전압 제어 기반 태양광 인버터 제어기의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a general photovoltaic power generation system, and FIG. 2 is a configuration diagram of a conventional voltage control-based photovoltaic inverter controller.

태양광 발전 시스템은 태양광 입사에 따른 광전효과를 통해 전기 에너지를 생성하는 태양광 패널(10)과, 태양광 패널(10)과 태양광 인버터(12) 사이에 위치하여 단자전압을 좁은 범위로 유지시키기 위한 병렬커패시터(11)와, 태양광 패널(10)로부터 입력받은 직류전력을 상용전력으로 사용할 수 있도록 교류전력으로 변환하여 출력하는 태양광 인버터(12)와, 태양광 인버터(12)로부터 출력되는 교류의 전기에너지에 포함된 노이즈를 제거하는 필터(13) 및 필터(13) 출력단에 접속된 계통(Utility Grid)(14)을 포함한다.The photovoltaic power generation system is located between the photovoltaic panel 10 that generates electric energy through the photoelectric effect of the incidence of sunlight, and the photovoltaic panel 10 and the photovoltaic inverter 12 to reduce the terminal voltage in a narrow range. A parallel capacitor 11 for maintaining, and a solar inverter 12 that converts and outputs AC power so that the DC power input from the solar panel 10 can be used as commercial power, and the solar inverter 12 It includes a filter 13 for removing noise included in the output AC electrical energy, and a utility grid 14 connected to the output terminal of the filter 13.

종래 기술에서는 전압제어 기반 MPPT 제어 방법을 통하여 태양광 발전 시스템을 제어하는 것으로, 태양광 패널의 단자전압과 출력 전류를 측정하여 단자전압의 지령값을 통해 MPPT를 수행한다. In the prior art, a solar power generation system is controlled through a voltage control-based MPPT control method, and MPPT is performed through a command value of the terminal voltage by measuring a terminal voltage and an output current of a solar panel.

전압제어 기반 MPPT 제어를 위하여 도 2에서와 같이, 태양광 패널(10)의 전류값(ipv) 및 병렬커패시터(11)의 단자 전압(Vpv)을 입력받아 일사량에 따라 달라지는 단자전압의 값을 추종하는 최대 전력점 추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 제어를 하는 MPPT 제어부(21)와, MPPT 제어부(21)의 출력(

Figure 112019062432898-pat00001
) 및 병렬커패시터(11)의 단자전압(Vpv)을 입력받아 태양광 인버터(12) 제어를 위한 인버터 전력 제어 신호(
Figure 112019062432898-pat00002
)를 출력하는 DC-전압 제어기(DC-Voltage Controller)(22)와, DC-전압 제어기(22)로부터 인버터 출력 제어 신호(
Figure 112019062432898-pat00003
)를 입력받아 회전 좌표계의 전류 신호(
Figure 112019062432898-pat00004
,
Figure 112019062432898-pat00005
)를 출력하는 전력 제어기(Power Controller)(23)와, 계통 전압(vgrid)을 입력받아 계통 전압의 동기화를 위한 위상각(θ)을 출력하는 PLL(Phase Locked Loop)(25)과, 계통 전류(igrid) 및 PLL(Phase Locked Loop)(25)의 위상각(θ), 회전 좌표계의 전류 신호(
Figure 112019062432898-pat00006
,
Figure 112019062432898-pat00007
)를 입력으로 PWM 제어를 위한 신호(m)를 출력하는 전류 제어기(Current Controller) (24)와, 전류 제어기(24)의 신호(m)를 입력으로 태양광 인버터(12)의 출력을 제어하기 위한 PWM 제어 신호를 출력하는 PWM 제어 신호 생성기(26)를 포함한다.For voltage control-based MPPT control, as shown in FIG. 2, a value of a terminal voltage that varies depending on the amount of insolation by receiving a current value (i pv ) of the solar panel 10 and a terminal voltage (V pv ) of the parallel capacitor 11 The MPPT control unit 21 that controls the maximum power point tracking (MPPT) to track the MPPT and the output of the MPPT control unit 21 (
Figure 112019062432898-pat00001
) And a terminal voltage (V pv ) of the parallel capacitor 11 and an inverter power control signal for controlling the solar inverter 12 (
Figure 112019062432898-pat00002
) Outputting a DC-Voltage Controller 22 and an inverter output control signal from the DC-voltage controller 22 (
Figure 112019062432898-pat00003
) And the current signal of the rotation coordinate system (
Figure 112019062432898-pat00004
,
Figure 112019062432898-pat00005
), a PLL (Phase Locked Loop) 25 that receives the grid voltage (v grid ) and outputs a phase angle (θ) for synchronization of the grid voltage, and the grid Current (i grid ) and phase angle (θ) of PLL (Phase Locked Loop) (25), current signal (
Figure 112019062432898-pat00006
,
Figure 112019062432898-pat00007
) As an input to control the output of a current controller (24) that outputs a signal (m) for PWM control and a signal (m) of the current controller (24) as an input. It includes a PWM control signal generator 26 for outputting a PWM control signal for.

이와 같은 방식은 태양광 발전시스템의 단자전압을 조금 변화시킨 후, 변화된 태양광 출력과 이전 출력 값을 비교하여 출력이 커지는 방향으로 단자전압을 변화시켜 최대출력점을 찾아 가는 방식이다.This method is a method of finding the maximum output point by changing the terminal voltage of the solar power generation system slightly, then comparing the changed solar power output with the previous output value, and changing the terminal voltage in the direction of increasing the output.

그런데, 변화시키는 단자전압의 변화량이 작으면 최대출력점 근방에서의 진동은 작으나 MPPT 추종 속도가 느리며, 변화량이 크면 MPPT 추종 속도는 빠르나, 최대 출력점 근방에서 진동이 발생하는 문제점이 있다.However, if the amount of change of the terminal voltage to be changed is small, the vibration near the maximum output point is small, but the MPPT tracking speed is slow. If the change amount is large, the MPPT following speed is fast, but there is a problem that vibration occurs near the maximum output point.

이러한 태양광 발전시스템의 출력 진동을 스스로 완화하기 위해서 ESS를 사용하는 방법이 고려되고 있으나 이는 태양광 발전시스템의 설치비용을 증가시키는 문제가 있다.A method of using ESS is being considered to self-mitigating the output vibration of such a solar power generation system, but this has a problem of increasing the installation cost of the solar power generation system.

또한, P&O 방식을 사용하면 일사량이 증가하거나 감소할 때 태양광 출력이 급격하게 변하는데, 이러한 태양광 출력의 급격한 변동은 전력망 주파수의 급격한 변동으로 이어져 주파수의 변동을 완화할 수 있는 예비력이 추가로 요구되어 전력망 운영비용이 증가하는 등 부정적인 영향을 주게 된다.In addition, when the P&O method is used, the solar power output changes rapidly when the amount of insolation increases or decreases.This sudden fluctuation in the solar power output leads to a rapid fluctuation in the frequency of the power grid. It is required to have a negative impact, such as an increase in power grid operating costs.

위와 같은 문제점이 해결되지 않는다면, 대용량의 태양광 발전시스템이 전력망에 연계되는 경우에는 태양광 발전시스템의 출력제한이 불가피해져 태양광 발전시스템의 경제성이 나빠지는 결과를 초래하게 된다.If the above problems are not solved, when a large-capacity photovoltaic power generation system is connected to the power grid, the output limit of the photovoltaic power generation system becomes inevitable, resulting in a deterioration in the economics of the photovoltaic power generation system.

뿐만 아니라, 이 방식은 태양광 발전시스템의 출력을 계산하기 위하여 별도의 전류 센서가 요구되어 비용이 증가되는 단점이 있다.In addition, this method has a disadvantage in that a separate current sensor is required to calculate the output of the photovoltaic power generation system, thereby increasing the cost.

이상에서와 같이, 종래 기술의 전압제어 기반 MPPT 방식을 이용하는 태양광 발전시스템의 제어는 추종 속도가 느리고, 최대 출력점 근방에서의 심한 진동하므로, 최대 출력점으로 수렴하지 못하는 문제가 있다.As described above, the control of the solar power generation system using the MPPT method based on the voltage control of the prior art has a problem in that the tracking speed is slow and vibrating severely near the maximum output point, and thus it cannot converge to the maximum output point.

또한, 일사량 변화 시 전압을 유지하기 위한 전향 제어(Feed-forward control)로 인해 출력의 급격한 변동에 따른 문제가 있고, 태양광 패널 출력 계산을 위한 전류 센서 사용으로 비용 증가의 문제가 있다.In addition, there is a problem due to a sudden change in output due to a feed-forward control for maintaining a voltage when the amount of insolation changes, and there is a problem of an increase in cost by using a current sensor for calculating the solar panel output.

태양광 발전시스템의 높은 발전 효율과 전력망 주파수 변동에 영향을 최소화하기 위해 최대 출력점을 신속하고 정확하게 추종할 수 있어야 한다.In order to minimize the influence of the high power generation efficiency of the solar power generation system and the frequency fluctuation of the power grid, it must be able to quickly and accurately follow the maximum output point.

또한, 태양광 발전시스템의 초기 투자비를 낮추기 위해서는 발전시스템 가격이 낮아야 한다.In addition, in order to lower the initial investment cost of the solar power generation system, the power generation system price must be low.

따라서, 일사량이 변한다 하더라도 출력이 완만하게 증가하여 목표값에 오버슈트(overshoot) 없이 매우 빠르게 도달하고, 최대 출력점 근방에서도 진동이 없는 태양광 발전시스템을 제공하기 위한 새로운 기술의 개발이 요구되고 있다.Therefore, even if the amount of insolation changes, the output gradually increases and reaches the target value very quickly without overshoot, and development of a new technology is required to provide a solar power generation system without vibration even in the vicinity of the maximum output point. .

대한민국 등록특허 제10-1595060호Korean Patent Registration No. 10-1595060 대한민국 공개특허 제10-2017-0064874호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2017-0064874 대한민국 공개특허 제10-2013-0032035호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2013-0032035

본 발명은 종래 기술의 태양광 발전 시스템 제어 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 유효 전력 제어를 기반으로 MPPT를 수행하여 최대 출력점을 신속하고 정확하게 추종하여 태양광 발전시스템의 높은 발전 효율을 구현할 수 있도록 한 유효 전력 제어를 이용한 태양광 발전 시스템의 MPPT 제어를 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the problem of the solar power generation system control technology of the prior art, and by performing MPPT based on active power control, it is possible to implement high power generation efficiency of the solar power generation system by quickly and accurately following the maximum output point. An object of the present invention is to provide an apparatus and method for controlling MPPT of a solar power generation system using active power control.

본 발명은 일사량이 변한다 하더라도 출력이 완만하게 증가하여 목표값에 오버슈트(overshoot) 없이 매우 빠르게 도달하고, 최대 출력점 근방에서도 진동이 없도록 한 유효 전력 제어를 이용한 태양광 발전 시스템의 MPPT 제어를 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is for MPPT control of a photovoltaic power generation system using active power control in which the output gradually increases even if the amount of insolation changes and reaches the target value very quickly without overshoot, and there is no vibration even in the vicinity of the maximum output point. It is an object to provide an apparatus and method.

본 발명은 태양광 패널의 단자전압만을 측정하고, 이 값으로부터 태양광 인버터 출력에 대한 기준값을 정하여 MPPT를 수행하여 최대 출력점을 신속하고 정확하게 추종하여 태양광 발전시스템의 높은 발전 효율과 전력망 주파수 변동에 영향을 최소화할 수 있도록 한 유효 전력 제어를 이용한 태양광 발전 시스템의 MPPT 제어를 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention measures only the terminal voltage of the solar panel, determines a reference value for the solar inverter output from this value, and performs MPPT to quickly and accurately follow the maximum output point, resulting in high power generation efficiency and power grid frequency fluctuations. An object of the present invention is to provide an apparatus and method for MPPT control of a photovoltaic power generation system using active power control to minimize the impact of

본 발명의 다른 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention are not limited to the objects mentioned above, and other objects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유효 전력 제어를 이용한 태양광 발전 시스템의 MPPT 제어를 위한 장치는 태양광 패널;태양광 패널에서 입력받은 직류전력을 상용전력으로 사용할 수 있도록 교류전력으로 변환하여 출력하는 태양광 인버터부;태양광 출력과 단자전압 사이의 관계 P-V 곡선에서 일사량 변화에 따른 최대 출력점들을 연결한 곡선(P mpp )을 이용하여 태양광 인버터 출력(Pinv)을 위한 기준값(Pmpp)을 정하고, 태양광 패널의 단자전압(Vpv)을 측정하여, 태양광 인버터에서 일사량에 따라 달라지는 단자전압의 값을 추종하는 최대 전력점 추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 제어에 의한 동작을 수행하도록 하는 유효전력 기반 인버터 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.An apparatus for controlling MPPT of a solar power generation system using active power control according to the present invention for achieving the above object is a solar panel; AC power to use DC power input from the solar panel as commercial power Solar inverter unit that converts and outputs; The relationship between the solar output and the terminal voltage The reference value for the solar inverter output (P inv ) by using the curve ( P mpp ) connecting the maximum output points according to the change in solar radiation in the PV curve (P mpp ), measure the terminal voltage (V pv ) of the solar panel, and track the value of the terminal voltage that varies depending on the amount of insolation in the solar inverter. It characterized in that it comprises a; active power-based inverter control unit to perform the operation by.

여기서, 상기 태양광 인버터부는, 태양광 패널과 태양광 인버터 사이에 위치하여 단자전압을 일정 범위로 유지시키기 위한 병렬커패시터와,태양광 패널로부터 입력받은 직류전력을 상용전력으로 사용할 수 있도록 교류전력으로 변환하여 출력하는 태양광 인버터와,태양광 인버터로부터 출력되는 교류의 전기에너지에 포함된 노이즈를 제거하는 필터 및, 필터 출력단에 접속된 계통(Utility Grid)을 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, the solar inverter unit includes a parallel capacitor positioned between the solar panel and the solar inverter to maintain the terminal voltage within a certain range, and the DC power received from the solar panel as AC power to be used as commercial power. It characterized in that it comprises a solar inverter that converts and outputs, a filter that removes noise included in the AC electrical energy output from the solar inverter, and a utility grid connected to the filter output terminal.

그리고 상기 유효전력 기반 인버터 제어부는, 병렬커패시터의 단자 전압(Vpv)을 입력받아 이 값으로부터 태양광 인버터 출력(Pinv)을 위한 기준값(Pmpp)을 정하여 인버터 전력 제어신호(

Figure 112019062432898-pat00008
)를 출력하는 인버터 전력 제어신호 출력부와,인버터 전력 제어신호 출력부로부터 인버터 전력 제어신호(
Figure 112019062432898-pat00009
)를 입력받아 회전 좌표계의 전류 신호(
Figure 112019062432898-pat00010
,
Figure 112019062432898-pat00011
)를 출력하는 전력 제어기(Power Controller)와,계통 전압(vgrid)을 입력받아 계통 전압의 동기화를 위한 위상각(θ)을 출력하는 PLL(Phase Locked Loop)과,계통 전류(igrid) 및 PLL(Phase Locked Loop)의 위상각(θ), 회전 좌표계의 전류 신호(
Figure 112019062432898-pat00012
,
Figure 112019062432898-pat00013
)를 입력으로 PWM 제어를 위한 출력 제어 신호(m)를 출력하는 전류 제어기(Current Controller)와,전류 제어기의 출력 제어 신호(m)를 입력으로 태양광 인버터의 출력을 제어하기 위한 PWM 제어 신호를 출력하는 PWM 제어 신호 생성기를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the active power-based inverter control unit receives the terminal voltage (V pv ) of the parallel capacitor and determines a reference value (P mpp ) for the solar inverter output (P inv ) from this value, and the inverter power control signal (
Figure 112019062432898-pat00008
), and an inverter power control signal from the inverter power control signal output unit (
Figure 112019062432898-pat00009
) And the current signal of the rotation coordinate system (
Figure 112019062432898-pat00010
,
Figure 112019062432898-pat00011
), a PLL (Phase Locked Loop) that receives a system voltage (v grid ) and outputs a phase angle (θ) for synchronizing the system voltage, and a system current (i grid ) PLL (Phase Locked Loop) phase angle (θ), rotational coordinate system current signal (
Figure 112019062432898-pat00012
,
Figure 112019062432898-pat00013
) As an input, and a current controller that outputs an output control signal (m) for PWM control, and a PWM control signal to control the output of a solar inverter by inputting the output control signal (m) of the current controller. It characterized in that it comprises a PWM control signal generator to output.

다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유효 전력 제어를 이용한 태양광 발전 시스템의 MPPT 제어를 위한 방법은 유효전력 기반 인버터 제어부로 병렬커패시터의 단자 전압(Vpv)을 입력하는 단계;유효전력 기반 인버터 제어부의 인버터 전력 제어신호 출력부가 단자 전압(Vpv)을 입력받아 이 값으로부터 태양광 인버터 출력(Pinv)을 위한 기준값(Pmpp)을 정하여 인버터 전력 제어신호(

Figure 112019062432898-pat00014
)를 출력하는 단계; 전력 제어기(Power Controller)가 인버터 전력 제어신호 출력부로부터 인버터 전력 제어신호(
Figure 112019062432898-pat00015
)를 입력받아 회전 좌표계의 전류 신호(
Figure 112019062432898-pat00016
,
Figure 112019062432898-pat00017
)를 출력하는 단계;전류 제어기(Current Controller)가 계통 전류(igrid) 및 PLL(Phase Locked Loop)의 위상각(θ), 회전 좌표계의 전류 신호(
Figure 112019062432898-pat00018
,
Figure 112019062432898-pat00019
)를 입력으로 PWM 제어를 위한 출력 제어 신호(m)를 출력하는 단계;PWM 제어 신호 생성기에서 전류 제어기의 출력 제어 신호(m)를 입력으로 태양광 인버터의 출력을 제어하기 위한 PWM 제어 신호를 출력하는 단계;태양광 인버터에서 일사량에 따라 달라지는 단자전압의 값을 추종하는 최대 전력점 추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 제어에 의한 동작을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method for controlling MPPT of a photovoltaic power generation system using active power control according to the present invention for achieving another object comprises: inputting a terminal voltage (V pv ) of a parallel capacitor to an active power-based inverter control unit; active power-based inverter The inverter power control signal output unit of the control unit receives the terminal voltage (V pv ) and determines a reference value (P mpp ) for the solar inverter output (P inv ) from this value.
Figure 112019062432898-pat00014
) Outputting; Inverter power control signal (power controller) from the inverter power control signal output
Figure 112019062432898-pat00015
) And the current signal of the rotation coordinate system (
Figure 112019062432898-pat00016
,
Figure 112019062432898-pat00017
); The current controller outputs the system current (i grid ) and the phase angle (θ) of the PLL (Phase Locked Loop), and the current signal (
Figure 112019062432898-pat00018
,
Figure 112019062432898-pat00019
) Outputting an output control signal (m) for PWM control as an input; outputting a PWM control signal for controlling the output of the solar inverter by inputting the output control signal (m) of the current controller from the PWM control signal generator And performing an operation according to a maximum power point tracking (MPPT) control that tracks a value of a terminal voltage that varies according to the amount of insolation in the solar inverter.

여기서, 태양광 인버터 출력(Pinv)을 위한 기준값(Pmpp)을 정하여 인버터 전력 제어신호(

Figure 112019062432898-pat00020
)를 출력하는 단계에서, 태양광 출력과 단자전압 사이의 관계 P-V 곡선에서 일사량 변화에 따른 최대 출력점들을 연결한 곡선(P mpp )을 이용하여 태양광 인버터 출력(Pinv)을 위한 기준값(Pmpp)을 정하는 것을 특징으로 한다.Here, by setting the reference value (P mpp ) for the solar inverter output (P inv ), the inverter power control signal (
Figure 112019062432898-pat00020
), the reference value (P inv ) for the solar inverter output (P inv ) using the curve ( P mpp ) connecting the maximum output points according to the change in solar radiation in the relationship between the solar power output and the terminal voltage in the PV curve. mpp ).

그리고 병렬 커패시터로 공급되는 전력(P Cpv )은 태양광 패널의 출력(P pv )와 태양광 인버터 출력(P inv )의 차이로 수식,And the power supplied to the parallel capacitor ( P Cpv ) is the difference between the solar panel output ( P pv ) and the solar inverter output ( P inv ),

Figure 112019062432898-pat00021
으로 정의되고, 여기서, C pv 는 병렬 커패시터의 커패시턴스이며, V pv 는 태양광 패널의 단자전압, P pv 는 일사량, 온도, V pv 에 의해서 결정되며, P inv 는 태양광 인버터의 유효 전력 제어를 통해 조절되는 것을 특징으로 한다.
Figure 112019062432898-pat00021
Where C pv is the capacitance of the parallel capacitor, V pv is the terminal voltage of the solar panel, P pv is determined by the amount of insolation, temperature, and V pv , and P inv is the active power control of the solar inverter. It characterized in that it is controlled through.

그리고 일사량이 제 1 값에서 제 1 값보다 큰 제 2 값으로 변화되면, 태양광 패널의 출력(P pv )은 일사량 제 1 값에 대한 태양광 출력(A)에서 일사량 제 2 값에 대한 태양광 출력(A')으로 이동하고, 태양광 인버터 출력(Pinv)은 이동하지 않아 태양광 패널의 출력(P pv )이 태양광 인버터 출력(Pinv) 보다 큰 값을 갖는 것을 특징으로 한다.And when the amount of insolation changes from the first value to a second value that is greater than the first value, the output of the solar panel ( P pv ) is from the solar output (A) for the first value of insolation to the second value of insolation. It moves to the output (A'), and the solar inverter output (P inv ) does not move, so the output ( P pv ) of the solar panel has a larger value than the solar inverter output (P inv ).

그리고 태양광 패널의 출력(P pv )이 태양광 인버터 출력(Pinv) 보다 큰 값을 갖는 것은 수식에서 우변이 양의 값을 갖게 됨을 의미하는 것으로, 일사량이 증가하게 되면 태양광 패널의 단자전압(V pv )은 증가하는 것을 특징으로 한다.And the fact that the output of the solar panel ( P pv ) is larger than the output of the solar inverter (P inv ) means that the right side of the equation has a positive value.If the solar radiation amount increases, the terminal voltage of the solar panel ( V pv ) is characterized by increasing.

그리고 태양광 패널의 단자전압(V pv )이 증가하면, 태양광 패널의 출력(P pv )은 태양광 출력과 단자전압 사이의 관계 P-V 곡선에서 출력점의 위치가 (A')에서 다른 위치 (B')로 이동하고, 태양광 인버터 출력(Pinv)은 일사량 변화에 따른 최대 출력점들을 연결한 곡선(P mpp )에서 출력점의 위치가 (A)에서 다른 위치 (B)로 이동하게 되고, 이 경우에 여전히 태양광 패널의 출력(P pv )이 태양광 인버터 출력(Pinv) 보다 큰 값을 갖게 되므로, 태양광 패널의 단자전압(V pv )은 더욱 증가하는 것을 특징으로 한다.And when the terminal voltage ( V pv ) of the solar panel increases, the output ( P pv ) of the solar panel is the relationship between the solar output and the terminal voltage.The position of the output point in the PV curve is different from (A') ( B'), and the solar inverter output (P inv ) moves from (A) to another position (B) in the curve ( P mpp ) that connects the maximum output points according to the change in insolation. In this case, since the output ( P pv ) of the solar panel still has a larger value than the output of the solar inverter (P inv ), the terminal voltage ( V pv ) of the solar panel is further increased.

그리고 태양광 패널의 단자전압(V pv )이 더욱 증가하면, 태양광 패널의 출력(P pv )은 태양광 출력과 단자전압 사이의 관계 P-V 곡선을 따라서, 그리고 태양광 인버터 출력(Pinv)은 일사량 변화에 따른 최대 출력점들을 연결한 곡선(P mpp )을 따라서 두 곡선이 교차하는 점으로 출력점의 위치가 이동하여 태양광 패널의 출력(P pv )이 태양광 인버터 출력(Pinv)과 같은 값을 갖게 되어, 태양광 패널의 단자전압(V pv )이 수렴하게 되고, 태양광 인버터 출력(Pinv)도 일정한 값을 갖는 것을 특징으로 한다.And when the terminal voltage ( V pv ) of the solar panel further increases, the output of the solar panel ( P pv ) follows the relationship PV curve between the solar output and the terminal voltage, and the solar inverter output (P inv ) becomes The position of the output point is moved to the point where the two curves intersect along the curve ( P mpp ) that connects the maximum output points according to the change in insolation, so that the output of the solar panel ( P pv ) becomes the solar inverter output (P inv ). Since they have the same value, the terminal voltage ( V pv ) of the solar panel converges, and the solar inverter output (P inv ) is characterized by having a constant value.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 유효 전력 제어를 이용한 태양광 발전 시스템의 MPPT 제어를 위한 장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.The apparatus and method for controlling MPPT of a solar power generation system using active power control according to the present invention as described above have the following effects.

첫째, 유효 전력 제어를 기반으로 MPPT를 수행하여 최대 출력점을 신속하고 정확하게 추종하여 태양광 발전시스템의 높은 발전 효율을 구현할 수 있도록 한다.First, MPPT is performed based on active power control to quickly and accurately follow the maximum output point to realize high power generation efficiency of the solar power generation system.

둘째, 일사량이 변한다 하더라도 출력이 완만하게 증가하여 목표값에 오버슈트(overshoot) 없이 매우 빠르게 도달하고, 최대 출력점 근방에서도 진동이 없도록 한다.Second, even if the amount of insolation changes, the output gradually increases to reach the target value very quickly without overshoot, and there is no vibration even in the vicinity of the maximum output point.

셋째, 태양광 패널의 단자전압만을 측정하고, 이 값으로부터 태양광 인버터 출력에 대한 기준값을 정하여 MPPT를 수행하여 최대 출력점을 신속하고 정확하게 추종하여 태양광 발전시스템의 높은 발전 효율 구현 및 전력망 주파수 변동에 영향을 최소화할 수 있다.Third, by measuring only the terminal voltage of the solar panel, and by determining the reference value for the solar inverter output from this value, MPPT is performed to quickly and accurately follow the maximum output point to realize high power generation efficiency of the solar power generation system and to change the frequency of the power grid. Can be minimized.

넷째, 잦은 일사량 변화에 대해 빠르게 최대 전력점 추종이 가능하며 추종 후에도 일정한 출력을 갖도록 하여 같은 일사량, 온도 조건에 대하여 더 많은 발전량을 기대할 수 있어 태양광 발전시스템의 경제성 확보에 도움이 된다.Fourth, it is possible to quickly follow the maximum power point for frequent insolation changes, and to have a constant output even after the follow-up, so that more generation can be expected for the same insolation and temperature conditions, which helps to secure the economic feasibility of the solar power generation system.

다섯째, 급격한 일사량 변화에도 계통에 공급되는 전력의 변화를 완만하게 제어하여 계통의 주파수 변동을 최소화할 수 있기 때문에, 태양광 발전시스템 수용성 향상에 도움이 된다.Fifth, since it is possible to minimize the frequency fluctuation of the system by gently controlling the change in the power supplied to the system even with a sudden change in insolation, it is helpful in improving the acceptance of the solar power generation system.

여섯째, 태양광 발전 시스템 제어에 사용되는 전류 센서 수를 줄임으로써 제작 단가를 낮추어 태양광 발전의 초기 투자비를 낮출 수 있다.Sixth, by reducing the number of current sensors used to control the solar power generation system, it is possible to lower the manufacturing cost and lower the initial investment cost of solar power generation.

도 1은 일반적인 태양광 발전 시스템의 구성도
도 2는 종래 기술의 전압 제어 기반 태양광 인버터 제어기의 구성도
도 3은 본 발명에 따른 유효 전력 제어를 이용한 태양광 발전 시스템의 MPPT 제어를 위한 장치의 구성도
도 4는 본 발명에 따른 유효 전력 제어를 이용한 태양광 발전 시스템의 MPPT 제어를 위한 방법을 나타낸 플로우 차트
도 5는 태양광 패널 P-V 곡선을 나타낸 그래프
도 6은 태양광 패널 Pmpp 곡선을 나타낸 그래프
도 7은 본 발명에 따른 일사량 변화시의 최대 전력점 추종 과정을 나타낸 그래프
도 8은 일사량 변화시의 P&O 방식과 본 발명에 따른 태양광 인버터 출력 전력 비교 그래프
1 is a configuration diagram of a general solar power generation system
Figure 2 is a configuration diagram of a conventional voltage control-based solar inverter controller
3 is a block diagram of an apparatus for controlling MPPT of a solar power generation system using active power control according to the present invention
4 is a flow chart showing a method for controlling MPPT of a solar power generation system using active power control according to the present invention
5 is a graph showing a solar panel PV curve
6 is a graph showing a solar panel P mpp curve
7 is a graph showing a process of tracking the maximum power point when the amount of insolation changes according to the present invention
8 is a graph comparing the P&O method and the solar inverter output power according to the present invention when the amount of insolation changes

이하, 본 발명에 따른 유효 전력 제어를 이용한 태양광 발전 시스템의 MPPT 제어를 위한 장치 및 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of an apparatus and method for controlling MPPT of a photovoltaic power generation system using active power control according to the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 유효 전력 제어를 이용한 태양광 발전 시스템의 MPPT 제어를 위한 장치 및 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Features and advantages of an apparatus and method for controlling MPPT of a solar power generation system using active power control according to the present invention will become apparent through detailed description of each embodiment below.

도 3은 본 발명에 따른 유효 전력 제어를 이용한 태양광 발전 시스템의 MPPT 제어를 위한 장치의 구성도이다.3 is a block diagram of an apparatus for controlling MPPT of a solar power generation system using active power control according to the present invention.

본 발명에 따른 유효 전력 제어를 이용한 태양광 발전 시스템의 MPPT 제어를 위한 장치 및 방법은 태양광 패널의 단자전압만을 측정하고, 이 값으로부터 태양광 인버터 출력에 대한 기준값을 정하여 MPPT를 수행하여 최대 출력점을 신속하고 정확하게 추종하여 태양광 발전시스템의 높은 발전 효율과 전력망 주파수 변동에 영향을 최소화할 수 있도록 한 것이다.The apparatus and method for MPPT control of a solar power generation system using active power control according to the present invention measures only the terminal voltage of the solar panel, and determines a reference value for the solar inverter output from this value, and performs MPPT to perform the maximum output. By following the point quickly and accurately, it is possible to minimize the effect of high power generation efficiency and power grid frequency fluctuations of the solar power generation system.

이를 위하여, 본 발명에 따른 유효 전력 제어를 이용한 태양광 발전 시스템의 MPPT 제어를 위한 장치는 도 3에서와 같이 크게, 태양광 패널(100)과, 태양광 패널에서 입력받은 직류전력을 상용전력으로 사용할 수 있도록 교류전력으로 변환하여 출력하는 태양광 인버터부(200)와, 태양광 패널(100)의 단자전압만을 측정하고, 이 값으로부터 태양광 인버터 출력에 대한 기준값을 정하여 MPPT를 수행하는 유효전력 기반 인버터 제어부(300)를 포함한다.To this end, the apparatus for MPPT control of a solar power generation system using active power control according to the present invention is largely as shown in FIG. 3, and converts the solar panel 100 and DC power input from the solar panel into commercial power. Active power that performs MPPT by measuring only the terminal voltage of the solar inverter unit 200 and the solar panel 100 that converts and outputs AC power so that it can be used, and determines a reference value for the solar inverter output from this value. It includes a base inverter control unit 300.

구체적으로, 태양광 입사에 따른 광전효과를 통해 전기 에너지를 생성하는 태양광 패널(100)을 포함한다.Specifically, it includes a solar panel 100 that generates electric energy through a photoelectric effect according to the incidence of sunlight.

태양광 인버터부(200)는 태양광 패널(100)과 태양광 인버터(36) 사이에 위치하여 단자전압을 좁은 범위로 유지시키기 위한 병렬커패시터(31)와, 태양광 패널(100)로부터 입력받은 직류전력을 상용전력으로 사용할 수 있도록 교류전력으로 변환하여 출력하는 태양광 인버터(36)와, 태양광 인버터(36)로부터 출력되는 교류의 전기에너지에 포함된 노이즈를 제거하는 필터(37) 및 필터(37) 출력단에 접속된 계통(Utility Grid)(38)을 포함한다.The photovoltaic inverter unit 200 is located between the photovoltaic panel 100 and the photovoltaic inverter 36 to maintain the terminal voltage in a narrow range, and a parallel capacitor 31 received from the photovoltaic panel 100 A solar inverter 36 that converts DC power into AC power and outputs it so that it can be used as commercial power, and a filter 37 and a filter that removes noise contained in the AC electrical energy output from the solar inverter 36 (37) It includes a utility grid (38) connected to the output terminal.

유효전력 기반 인버터 제어부(300)는 병렬커패시터(31)의 단자 전압(Vpv)을 입력받아 이 값으로부터 태양광 인버터 출력(Pinv)을 위한 기준값(Pmpp)을 정하여 인버터 전력 제어신호(

Figure 112019062432898-pat00022
)를 출력하는 인버터 전력 제어신호 출력부(32)와, 인버터 전력 제어신호 출력부(32)로부터 인버터 전력 제어신호(
Figure 112019062432898-pat00023
)를 입력받아 회전 좌표계의 전류 신호(
Figure 112019062432898-pat00024
,
Figure 112019062432898-pat00025
)를 출력하는 전력 제어기(Power Controller)(33)와, 계통 전압(vgrid)을 입력받아 계통 전압의 동기화를 위한 위상각(θ)을 출력하는 PLL(Phase Locked Loop)(35)과, 계통 전류(igrid) 및 PLL(Phase Locked Loop)(35)의 위상각(θ), 회전 좌표계의 전류 신호(
Figure 112019062432898-pat00026
,
Figure 112019062432898-pat00027
)를 입력으로 PWM 제어를 위한 출력 제어 신호(m)를 출력하는 전류 제어기(Current Controller)(34)와, 전류 제어기(34)의 출력 제어 신호(m)를 입력으로 태양광 인버터(36)의 출력을 제어하기 위한 PWM 제어 신호를 출력하는 PWM 제어 신호 생성기(39)를 포함한다.The active power-based inverter control unit 300 receives the terminal voltage (V pv ) of the parallel capacitor 31 and determines a reference value (P mpp ) for the solar inverter output (P inv ) from this value, and the inverter power control signal (
Figure 112019062432898-pat00022
) From the inverter power control signal output unit 32 and the inverter power control signal output unit 32 to output the inverter power control signal (
Figure 112019062432898-pat00023
) And the current signal of the rotation coordinate system (
Figure 112019062432898-pat00024
,
Figure 112019062432898-pat00025
), a PLL (Phase Locked Loop) 35 that receives the grid voltage (v grid ) and outputs a phase angle (θ) for synchronizing the grid voltage, and the grid Current (i grid ) and phase angle (θ) of PLL (Phase Locked Loop) (35), current signal (
Figure 112019062432898-pat00026
,
Figure 112019062432898-pat00027
) As an input to output an output control signal (m) for PWM control, and an output control signal (m) of the current controller 34 as inputs of the solar inverter 36 And a PWM control signal generator 39 for outputting a PWM control signal for controlling the output.

본 발명에 따른 유효 전력 제어를 이용한 태양광 발전 시스템의 MPPT 제어를 위한 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.A method for controlling the MPPT of a solar power generation system using active power control according to the present invention will be described in detail as follows.

도 4는 본 발명에 따른 유효 전력 제어를 이용한 태양광 발전 시스템의 MPPT 제어를 위한 방법을 나타낸 플로우 차트이다.4 is a flow chart showing a method for MPPT control of a solar power generation system using active power control according to the present invention.

먼저, 태양광 패널(100)에서 태양광 입사에 따른 광전효과를 통해 전기 에너지를 생성하면, 유효전력 기반 인버터 제어부(300)가 병렬커패시터(31)를 통한 태양광 패널(100) 단자 전압(Vpv)을 입력받는다.(S401)First, when the solar panel 100 generates electric energy through the photoelectric effect according to the incidence of sunlight, the active power-based inverter control unit 300 controls the terminal voltage (V) of the solar panel 100 through the parallel capacitor 31. pv ) is inputted (S401)

이어, 인버터 전력 제어신호 출력부(32)가 단자 전압(Vpv)을 입력받아 이 값으로부터 태양광 인버터 출력(Pinv)을 위한 기준값(Pmpp)을 정하여 인버터 전력 제어신호(

Figure 112019062432898-pat00028
)를 출력한다.(S402)Then, the inverter power control signal output unit 32 receives the terminal voltage (V pv ) and determines a reference value (P mpp ) for the solar inverter output (P inv ) from this value, and the inverter power control signal (
Figure 112019062432898-pat00028
) Is output (S402)

그리고 전력 제어기(Power Controller)(33)가 인버터 전력 제어신호 출력부(32)로부터 인버터 전력 제어신호(

Figure 112019062432898-pat00029
)를 입력받아 회전 좌표계의 전류 신호(
Figure 112019062432898-pat00030
,
Figure 112019062432898-pat00031
)를 출력한다.(S403)And the power controller (Power Controller) 33 from the inverter power control signal output unit 32, the inverter power control signal (
Figure 112019062432898-pat00029
) And the current signal of the rotation coordinate system (
Figure 112019062432898-pat00030
,
Figure 112019062432898-pat00031
) Is output (S403)

이어, 전류 제어기(Current Controller)(34)가 계통 전류(igrid) 및 PLL(Phase Locked Loop)(35)의 위상각(θ), 회전 좌표계의 전류 신호(

Figure 112019062432898-pat00032
,
Figure 112019062432898-pat00033
)를 입력으로 PWM 제어를 위한 출력 제어 신호(m)를 출력한다.(S404)Then, the current controller 34 is the system current (i grid ) and the phase angle (θ) of the PLL (Phase Locked Loop) 35, the current signal (
Figure 112019062432898-pat00032
,
Figure 112019062432898-pat00033
) As an input to output an output control signal (m) for PWM control (S404)

그리고 PWM 제어 신호 생성기(39)에서 전류 제어기(34)의 출력 제어 신호(m)를 입력으로 태양광 인버터(36)의 출력을 제어하기 위한 PWM 제어 신호를 출력하고(S405), 태양광 인버터(36)에서 일사량에 따라 달라지는 단자전압의 값을 추종하는 최대 전력점 추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 제어에 의한 동작을 수행한다.(S406)Then, the PWM control signal generator 39 outputs a PWM control signal for controlling the output of the solar inverter 36 by inputting the output control signal m of the current controller 34 (S405), and the solar inverter ( In 36), the operation by the maximum power point tracking (MPPT) control that tracks the value of the terminal voltage that varies according to the amount of insolation is performed (S406).

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 유효 전력 제어를 이용한 태양광 발전 시스템의 MPPT 제어를 위한 장치 및 방법의 유효 전력 제어 기반의 MPPT 제어에 관하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The MPPT control based on active power control of an apparatus and method for controlling MPPT of a solar power generation system using active power control according to the present invention having such a configuration will be described in detail as follows.

도 5는 태양광 패널 P-V 곡선을 나타낸 그래프이고, 도 6은 태양광 패널 Pmpp 곡선을 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing a solar panel PV curve, and FIG. 6 is a graph showing a solar panel P mpp curve.

태양광 패널과 태양광 인버터 사이에는 단자전압을 좁은 범위로 유지시키기 위한 병렬커패시터가 필수적으로 연결되는데, 병렬 커패시터로 공급되는 전력(P Cpv )은 태양광 패널의 출력(P pv )와 태양광 인버터 출력(P inv )의 차이로 나타낼 수 있으며, 다음과 같다.A parallel capacitor is essentially connected between the solar panel and the solar inverter to keep the terminal voltage within a narrow range. The power supplied to the parallel capacitor ( P Cpv ) is the output of the solar panel ( P pv ) and the solar inverter. It can be expressed as the difference in the output ( P inv ), and is as follows.

Figure 112019062432898-pat00034
Figure 112019062432898-pat00034

여기서, C pv 는 병렬 커패시터의 커패시턴스이며, V pv 는 태양광 패널의 단자전압이다. 또한, P pv 는 일사량, 온도, V pv 에 의해서 결정되며, P inv 는 태양광 인버터의 유효 전력 제어를 통해 조절가능하다.Here, C pv is the capacitance of the parallel capacitor, and V pv is the terminal voltage of the solar panel. In addition, P pv is determined by the amount of insolation, temperature, and V pv , and P inv is adjustable through the active power control of the solar inverter.

태양광 출력과 단자전압 사이의 관계를 P-V 곡선이라 하는데, 도 5는 온도가 일정할 때 여러 일사량의 경우의 P-V 곡선을 나타낸 것이다.The relationship between the solar output and the terminal voltage is called a P-V curve, and FIG. 5 shows a P-V curve in the case of various amounts of insolation when the temperature is constant.

P-V 곡선은 위로 볼록한 특성을 가지므로, 최대의 출력을 내는 단자전압이 일사량에 따라 한 값이 존재한다.Since the P-V curve has a convex upward characteristic, the terminal voltage that produces the maximum output has one value depending on the amount of insolation.

도 6은 도 5의 여러 일사량에서의 P-V 곡선의 최대 출력점들을 연결한 곡선(P mpp )을 나타내었으며, P mpp 는 단자전압에 따라 달라지는 특성이 있다.FIG. 6 shows a curve ( P mpp ) connecting the maximum output points of the PV curve at various amounts of insolation of FIG. 5, and P mpp has a characteristic that varies depending on the terminal voltage.

본 발명에서는 유효전력 제어에 기반한 MPPT를 수행하는데, 태양광 인버터 출력(P inv )을 위한 기준값으로 도 6의 P mpp 를 사용한다.In the present invention, MPPT based on active power control is performed, and P mpp of FIG. 6 is used as a reference value for the solar inverter output ( P inv ).

도 7은 본 발명에 따른 일사량 변화시의 최대 전력점 추종 과정을 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing a process of tracking the maximum power point when the amount of insolation changes according to the present invention.

도 7은 일사량이 400 W/m2 에서 1000 W/m2으로 변하였을 때, 본 발명에 따른 최대 전력점 추종 과정을 나타낸 것이다.7 shows the maximum power point tracking process according to the present invention when the solar radiation amount is changed from 400 W/m 2 to 1000 W/m 2 .

일사량이 400 W/m2일 때 태양광 발전시스템이 MPPT를 수행하고 있다고 가정하면, P pv P inv 모두 1250 W가 되고, 이 때의 단자 전압은 332V가 되며, 이때 동작점은 도 7의 A점이 된다.Assuming that the solar power generation system is performing MPPT when the solar irradiation is 400 W/m 2 , both P pv and P inv become 1250 W, and the terminal voltage at this time is 332 V, and the operating point is as shown in FIG. 7. It becomes point A.

이때, 일사량이 400 W/m2에서 1000 W/m2로 증가했다고 가정하면, P pv 는 A에서 A'으로 이동하는데 반해, P inv 는 A에 머물러 있게 된다.At this time, assuming that the insolation increased from 400 W/m 2 to 1000 W/m 2 , P pv moves from A to A', whereas P inv stays at A.

따라서 P pv P inv 보다 큰 값을 갖게 되는데, 이는 수학식 1의 우변이 양의 값을 갖게 됨을 의미하고, 수학식 1에 의해 Vpv는 증가하게 된다.Therefore, P pv has a value greater than P inv , which means that the right side of Equation 1 has a positive value, and Vpv is increased by Equation 1.

이렇게 되면, P inv 는 A에서 B로 이동하는 반면에, P pv 는 A'에서 B'으로 이동하게 되는데, 이 경우에도 역시 수학식 1의 우변이 양의 값을 갖게 되어 Vpv는 점점 증가한다.In this case, P inv moves from A to B, while P pv moves from A'to B'. Even in this case, the right side of Equation 1 also has a positive value, so that Vpv gradually increases.

이런 방식으로 Vpv가 점점 증가함에 따라 P inv 는 C와 D를 거쳐 E에 도달하고, P pv 도 C'와 D'를 거쳐 E'(E와 같음)에 도달하는데, E(또는 E')에서는 P pv P inv 이 같게 되는데, 이 경우에는 수학식 1의 우변이 0이 되므로, Vpv는 더 이상 증가하거나 감소하지 않으며, E의 점에 머물러 있게 된다.In this way, as Vpv gradually increases, P inv goes through C and D to reach E, and P pv also goes through C'and D'to E'(same as E), where E (or E') P pv and P inv become the same. In this case, since the right side of Equation 1 becomes 0, Vpv does not increase or decrease any more, and remains at the point of E.

구체적으로, 일사량이 제 1 값(400 W/m2)에서 제 1 값보다 큰 제 2 값(1000 W/m2)으로 변화되면, 태양광 패널의 출력(P pv )은 일사량 제 1 값에 대한 태양광 패널의 출력(도 7의 점 A)에서 일사량 제 2 값에 대한 태양광 패널의 출력(도 7의 점 A')으로 이동하는데, 태양광 인버터 출력(Pinv)은 A점에 머물러 있으므로 태양광 패널의 출력(P pv , 점 A')이 태양광 인버터 출력(Pinv, A) 보다 큰 값을 갖는다.Specifically, when the amount of insolation changes from the first value (400 W/m 2 ) to a second value greater than the first value (1000 W/m 2 ), the output of the solar panel ( P pv ) is equal to the first value of insolation. From the output of the solar panel to (point A in Fig. 7) to the output of the solar panel for the second value of insolation (point A'in Fig. 7), the solar inverter output (P inv ) stays at point A. Therefore, the output of the solar panel ( P pv , point A') has a larger value than the output of the solar inverter (P inv , A).

그리고 태양광 패널의 출력(P pv )이 태양광 인버터 출력(Pinv) 보다 큰 값을 갖는 것은 수식에서 우변이 양의 값을 갖게 됨을 의미하는 것으로, 일사량이 증가하게 되면 태양광 패널의 단자전압(V pv )은 증가하는 것이다.And the fact that the output of the solar panel ( P pv ) is larger than the output of the solar inverter (P inv ) means that the right side of the equation has a positive value.If the solar radiation amount increases, the terminal voltage of the solar panel ( V pv ) is increasing.

이와 같이 태양광 패널의 단자전압(V pv )이 증가하면, 태양광 패널의 출력(P pv )은 도 7의 점 A'에서 도 7의 점 B'으로 이동하는데, 태양광 인버터 출력(Pinv)은 A점에서 B로 이동하게 되고, 이 경우에도 태양광 패널의 출력(P pv )이 태양광 인버터 출력(Pinv) 보다 큰 값을 갖게 되므로, 태양광 패널의 단자전압(V pv )은 더욱 증가한다.As described above, when the terminal voltage ( V pv ) of the solar panel increases, the output ( P pv ) of the solar panel moves from point A'in FIG. 7 to point B'in FIG. 7, and the solar inverter output (P inv ) Moves from point A to B, and even in this case, the output of the solar panel ( P pv ) has a larger value than the output of the solar inverter (P inv ), so the terminal voltage ( V pv ) of the solar panel is Increases further.

이와 같이 태양광 패널의 단자전압(V pv )이 더욱 증가하면, 태양광 패널의 출력(P pv )은 도 7의 점 B'에서 점 C', 점 D'을 거쳐 점 E'으로 이동하고, 태양광 인버터 출력(Pinv)은 점 B에서 점 C, 점 D을 거쳐 점 E로 이동하게 되면, 태양광 패널의 출력(P pv )이 태양광 인버터 출력(Pinv)과 같은 값을 갖게 되어, 태양광 패널의 단자전압(V pv )이 수렴하게 되고, 태양광 인버터 출력(Pinv)도 일정한 값을 갖는다.As such, when the terminal voltage ( V pv ) of the solar panel further increases, the output ( P pv ) of the solar panel moves from point B'to point C'and point D'in FIG. 7 to point E', When the solar inverter output (P inv ) moves from point B to point C, and then to point E, the solar panel output ( P pv ) has the same value as the solar inverter output (P inv ). , The terminal voltage ( V pv ) of the solar panel converges, and the solar inverter output (P inv ) has a constant value.

도 8은 일사량 변화시의 P&O 방식과 본 발명에 따른 태양광 인버터 출력 전력 비교 그래프이다.8 is a graph illustrating a comparison between a P&O method and a solar inverter output power according to the present invention when insolation is changed.

일사량이 0.1초 간격으로 400 W/m2 → 600 W/m2 → 1000 W/m2 → 600 W/m2 → 400 W/m2으로 변하는 경우에, P&O 방식과 본 발명에 따른 유효전력 제어에 기반한 MPPT 수행 방식의 출력을 비교한 것이다.When the amount of insolation changes to 400 W/m 2 → 600 W/m 2 → 1000 W/m 2 → 600 W/m 2 → 400 W/m 2 at 0.1 second intervals, P&O method and active power control according to the present invention The output of the MPPT execution method based on is compared.

도 8에 나타낸 바와 같이, P&O 방식은 일사량이 변하는 순간에 출력이 급격하게 증가하며, 오버슈트(overshoot)가 발생하고, 최대 출력점을 늦게 추종할 뿐만 아니라 최대 출력점 근방에서도 진동이 매우 심함을 알 수 있다.As shown in Fig. 8, in the P&O method, the output increases sharply at the moment the amount of insolation changes, overshoot occurs, and not only follows the maximum output point late, but also vibration is very severe in the vicinity of the maximum output point. Able to know.

이에 비하여, 본 발명에 따른 유효전력 제어에 기반한 MPPT 수행 방식은 일사량이 변한다 하더라도 출력이 완만하게 증가하여 목표값에 오버슈트(overshoot)없이 매우 빠르게 도달하고, 최대 출력점 근방에서도 진동이 없음을 알 수 있다.In contrast, the MPPT execution method based on the active power control according to the present invention shows that even if the amount of insolation changes, the output gradually increases to reach the target value very quickly without overshoot, and there is no vibration even in the vicinity of the maximum output point. I can.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 유효 전력 제어를 이용한 태양광 발전 시스템의 MPPT 제어를 위한 장치 및 방법은 일사량이 변한다 하더라도 출력이 완만하게 증가하여 목표값에 오버슈트(overshoot) 없이 매우 빠르게 도달하고, 최대 출력점 근방에서도 진동이 없도록 하여, 잦은 일사량 변화에 대해 빠르게 최대 전력점 추종이 가능하며 추종 후에도 일정한 출력을 갖도록 하여 같은 일사량, 온도 조건에 대하여 더 많은 발전량을 기대할 수 있도록 한다.The apparatus and method for MPPT control of a solar power generation system using active power control according to the present invention described above, even if the amount of insolation changes, the output gradually increases to reach the target value very quickly without overshoot, and the maximum Since there is no vibration in the vicinity of the output point, it is possible to quickly follow the maximum power point for frequent insolation changes, and to have a constant output even after the follow-up, so that more generation can be expected for the same insolation and temperature conditions.

이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, it will be understood that the present invention is implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention.

그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.Therefore, the specified embodiments should be considered from a descriptive point of view rather than a limiting point of view, and the scope of the present invention is shown in the claims rather than the above description, and all differences within the scope equivalent thereto are included in the present invention. It will have to be interpreted.

100. 태양광 패널
200. 태양광 인버터부
300. 유효전력 기반 인버터 제어부
100. Solar Panel
200. Solar inverter unit
300. Active power-based inverter control unit

Claims (10)

태양광 패널;
태양광 패널에서 입력받은 직류전력을 상용전력으로 사용할 수 있도록 교류전력으로 변환하여 출력하는 태양광 인버터부;
태양광 출력과 단자전압 사이의 관계 P-V 곡선에서 일사량 변화에 따른 최대 출력점들을 연결한 곡선(P mpp )을 이용하여 태양광 인버터 출력(Pinv)을 위한 기준값(Pmpp)을 정하고, 태양광 패널의 단자전압(Vpv)을 측정하여, 태양광 인버터에서 일사량에 따라 달라지는 단자전압의 값을 추종하는 최대 전력점 추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 제어에 의한 동작을 수행하도록 하는 유효전력 기반 인버터 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유효 전력 제어를 이용한 태양광 발전 시스템의 MPPT 제어를 위한 장치.
Solar panels;
A solar inverter unit converting and outputting DC power input from the solar panel into AC power so that it can be used as commercial power;
Relationship between solar power output and terminal voltage The reference value (P mpp ) for the solar inverter output (P inv ) is determined by using the curve ( P mpp ) connecting the maximum output points according to the change in solar radiation in the PV curve. Active power base that measures the terminal voltage (V pv ) of the panel and performs the operation by the Maximum Power Point Tracking (MPPT) control that tracks the value of the terminal voltage that varies depending on the amount of insolation in the solar inverter. An apparatus for controlling MPPT of a solar power generation system using active power control, comprising: an inverter control unit.
제 1 항에 있어서, 상기 태양광 인버터부는,
태양광 패널과 태양광 인버터 사이에 위치하여 단자전압을 일정 범위로 유지시키기 위한 병렬커패시터와,
태양광 패널로부터 입력받은 직류전력을 상용전력으로 사용할 수 있도록 교류전력으로 변환하여 출력하는 태양광 인버터와,
태양광 인버터로부터 출력되는 교류의 전기에너지에 포함된 노이즈를 제거하는 필터 및, 필터 출력단에 접속된 계통(Utility Grid)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유효 전력 제어를 이용한 태양광 발전 시스템의 MPPT 제어를 위한 장치.
The method of claim 1, wherein the solar inverter unit,
A parallel capacitor located between the solar panel and the solar inverter to keep the terminal voltage within a certain range,
A solar inverter that converts and outputs DC power received from the solar panel into AC power so that it can be used as commercial power,
MPPT control of a solar power generation system using active power control, characterized in that it includes a filter that removes noise included in the AC electrical energy output from the solar inverter and a utility grid connected to the filter output terminal. Device for.
제 1 항에 있어서, 상기 유효전력 기반 인버터 제어부는,
병렬커패시터의 단자 전압(Vpv)을 입력받아 이 값으로부터 태양광 인버터 출력(Pinv)을 위한 기준값(Pmpp)을 정하여 인버터 전력 제어신호(
Figure 112019062432898-pat00035
)를 출력하는 인버터 전력 제어신호 출력부와,
인버터 전력 제어신호 출력부로부터 인버터 전력 제어신호(
Figure 112019062432898-pat00036
)를 입력받아 회전 좌표계의 전류 신호(
Figure 112019062432898-pat00037
,
Figure 112019062432898-pat00038
)를 출력하는 전력 제어기(Power Controller)와,
계통 전압(vgrid)을 입력받아 계통 전압의 동기화를 위한 위상각(θ)을 출력하는 PLL(Phase Locked Loop)과,
계통 전류(igrid) 및 PLL(Phase Locked Loop)의 위상각(θ), 회전 좌표계의 전류 신호(
Figure 112019062432898-pat00039
,
Figure 112019062432898-pat00040
)를 입력으로 PWM 제어를 위한 출력 제어 신호(m)를 출력하는 전류 제어기(Current Controller)와,
전류 제어기의 출력 제어 신호(m)를 입력으로 태양광 인버터의 출력을 제어하기 위한 PWM 제어 신호를 출력하는 PWM 제어 신호 생성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 유효 전력 제어를 이용한 태양광 발전 시스템의 MPPT 제어를 위한 장치.
The method of claim 1, wherein the active power-based inverter control unit,
Receive the terminal voltage (V pv ) of the parallel capacitor and set the reference value (P mpp ) for the solar inverter output (P inv ) from this value, and the inverter power control signal (
Figure 112019062432898-pat00035
An inverter power control signal output unit that outputs ),
Inverter power control signal from the inverter power control signal output unit (
Figure 112019062432898-pat00036
) And the current signal of the rotation coordinate system (
Figure 112019062432898-pat00037
,
Figure 112019062432898-pat00038
A power controller that outputs ), and
PLL (Phase Locked Loop) that receives the grid voltage (v grid ) and outputs a phase angle (θ) for synchronization of the grid voltage,
System current (i grid ) and phase angle (θ) of PLL (Phase Locked Loop), current signal (
Figure 112019062432898-pat00039
,
Figure 112019062432898-pat00040
) As an input to output an output control signal (m) for PWM control, and
MPPT control of a solar power generation system using active power control, characterized in that it includes a PWM control signal generator that outputs a PWM control signal for controlling the output of the solar inverter as an input of the output control signal (m) of the current controller. Device for.
유효전력 기반 인버터 제어부로 병렬커패시터의 단자 전압(Vpv)을 입력하는 단계;
유효전력 기반 인버터 제어부의 인버터 전력 제어신호 출력부가 단자 전압(Vpv)을 입력받아 이 값으로부터 태양광 인버터 출력(Pinv)을 위한 기준값(Pmpp)을 정하여 인버터 전력 제어신호(
Figure 112019062432898-pat00041
)를 출력하는 단계;
전력 제어기(Power Controller)가 인버터 전력 제어신호 출력부로부터 인버터 전력 제어신호(
Figure 112019062432898-pat00042
)를 입력받아 회전 좌표계의 전류 신호(
Figure 112019062432898-pat00043
,
Figure 112019062432898-pat00044
)를 출력하는 단계;
전류 제어기(Current Controller)가 계통 전류(igrid) 및 PLL(Phase Locked Loop)의 위상각(θ), 회전 좌표계의 전류 신호(
Figure 112019062432898-pat00045
,
Figure 112019062432898-pat00046
)를 입력으로 PWM 제어를 위한 출력 제어 신호(m)를 출력하는 단계;
PWM 제어 신호 생성기에서 전류 제어기의 출력 제어 신호(m)를 입력으로 태양광 인버터의 출력을 제어하기 위한 PWM 제어 신호를 출력하는 단계;
태양광 인버터에서 일사량에 따라 달라지는 단자전압의 값을 추종하는 최대 전력점 추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 제어에 의한 동작을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유효 전력 제어를 이용한 태양광 발전 시스템의 MPPT 제어를 위한 방법.
Inputting a terminal voltage (V pv ) of the parallel capacitor to an active power-based inverter controller;
The inverter power control signal output unit of the active power-based inverter control unit receives the terminal voltage (V pv ) and determines a reference value (P mpp ) for the solar inverter output (P inv ) from this value.
Figure 112019062432898-pat00041
) Outputting;
Inverter power control signal (power controller) from the inverter power control signal output
Figure 112019062432898-pat00042
) And the current signal of the rotation coordinate system (
Figure 112019062432898-pat00043
,
Figure 112019062432898-pat00044
) Outputting;
The current controller is the system current (i grid ) and the phase angle (θ) of the PLL (Phase Locked Loop), and the current signal (
Figure 112019062432898-pat00045
,
Figure 112019062432898-pat00046
Outputting an output control signal (m) for PWM control as an input;
Outputting a PWM control signal for controlling the output of the solar inverter by inputting the output control signal (m) of the current controller in the PWM control signal generator;
Performing an operation by controlling a maximum power point (MPPT) that tracks a value of a terminal voltage that varies according to the amount of insolation in a solar inverter; solar power using active power control, comprising: Method for MPPT control of power generation system.
제 4 항에 있어서, 태양광 인버터 출력(Pinv)을 위한 기준값(Pmpp)을 정하여 인버터 전력 제어신호(
Figure 112019062432898-pat00047
)를 출력하는 단계에서,
태양광 출력과 단자전압 사이의 관계 P-V 곡선에서 일사량 변화에 따른 최대 출력점들을 연결한 곡선(P mpp )을 이용하여 태양광 인버터 출력(Pinv)을 위한 기준값(Pmpp)을 정하는 것을 특징으로 하는 유효 전력 제어를 이용한 태양광 발전 시스템의 MPPT 제어를 위한 방법.
The inverter power control signal according to claim 4, wherein a reference value (P mpp ) for the solar inverter output (P inv ) is determined.
Figure 112019062432898-pat00047
In the step of printing ),
The relationship between the solar power output and the terminal voltage Characterized in that the reference value (P mpp ) for the solar inverter output (P inv ) is determined using the curve ( P mpp ) connecting the maximum output points according to the change in solar radiation in the PV curve. Method for MPPT control of solar power generation system using active power control.
제 4 항에 있어서, 병렬 커패시터로 공급되는 전력(P Cpv )은 태양광 패널의 출력(P pv )와 태양광 인버터 출력(P inv )의 차이로 수식,
Figure 112019062432898-pat00048
으로 정의되고,
여기서, C pv 는 병렬 커패시터의 커패시턴스이며, V pv 는 태양광 패널의 단자전압, P pv 는 일사량, 온도, V pv 에 의해서 결정되며, P inv 는 태양광 인버터의 유효 전력 제어를 통해 조절되는 것을 특징으로 하는 유효 전력 제어를 이용한 태양광 발전 시스템의 MPPT 제어를 위한 방법.
The method of claim 4, wherein the power supplied to the parallel capacitor ( P Cpv ) is expressed by a difference between the output of the solar panel ( P pv ) and the output of the solar inverter ( P inv ),
Figure 112019062432898-pat00048
Is defined as,
Here, C pv is the capacitance of the parallel capacitor, V pv is the terminal voltage of the solar panel, P pv is determined by the amount of insolation, temperature, and V pv , and P inv is controlled through the active power control of the solar inverter. A method for controlling MPPT of a solar power generation system using active power control, characterized in that.
제 6 항에 있어서, 일사량이 제 1 값에서 제 1 값보다 큰 제 2 값으로 변화되면,
태양광 패널의 출력(P pv )은 일사량 제 1 값에 대한 태양광 출력(A)에서 일사량 제 2 값에 대한 태양광 출력(A')으로 이동하고, 태양광 인버터 출력(Pinv)은 이동하지 않아 태양광 패널의 출력(P pv )이 태양광 인버터 출력(Pinv) 보다 큰 값을 갖는 것을 특징으로 하는 유효 전력 제어를 이용한 태양광 발전 시스템의 MPPT 제어를 위한 방법.
The method of claim 6, wherein when the amount of insolation changes from the first value to a second value greater than the first value,
The output of the solar panel ( P pv ) moves from the solar output (A) for the first value of insolation to the solar output (A') for the second value of insolation, and the output of the solar inverter (P inv ) moves. The method for MPPT control of a photovoltaic power generation system using active power control, characterized in that the output of the solar panel ( P pv ) has a larger value than that of the photovoltaic inverter output (P inv ).
제 7 항에 있어서, 태양광 패널의 출력(P pv )이 태양광 인버터 출력(Pinv) 보다 큰 값을 갖는 것은 수식에서 우변이 양의 값을 갖게 됨을 의미하는 것으로, 일사량이 증가하게 되면 태양광 패널의 단자전압(V pv )은 증가하는 것을 특징으로 하는 유효 전력 제어를 이용한 태양광 발전 시스템의 MPPT 제어를 위한 방법.The method of claim 7, wherein the solar panel output ( P pv ) having a larger value than the solar inverter output (P inv ) means that the right side of the equation has a positive value. Method for MPPT control of a solar power generation system using active power control, characterized in that the terminal voltage ( V pv ) of the photovoltaic panel increases. 제 8 항에 있어서, 태양광 패널의 단자전압(V pv )이 증가하면,
태양광 패널의 출력(P pv )은 태양광 출력과 단자전압 사이의 관계 P-V 곡선에서 출력점의 위치가 (A')에서 다른 위치 (B')로 이동하고, 태양광 인버터 출력(Pinv)은 일사량 변화에 따른 최대 출력점들을 연결한 곡선(P mpp )에서 출력점의 위치가 (A)에서 다른 위치 (B)로 이동하게 되고,
이 경우에 여전히 태양광 패널의 출력(P pv )이 태양광 인버터 출력(Pinv) 보다 큰 값을 갖게 되므로, 태양광 패널의 단자전압(V pv )은 더욱 증가하는 것을 특징으로 하는 유효 전력 제어를 이용한 태양광 발전 시스템의 MPPT 제어를 위한 방법.
The method of claim 8, wherein when the terminal voltage ( V pv ) of the solar panel increases,
The output of the solar panel ( P pv ) is the relationship between the solar output and the terminal voltage The position of the output point in the PV curve moves from (A') to another position (B'), and the solar inverter output (P inv ) The position of the output point moves from (A) to another position (B) in the curve ( P mpp ) that connects the maximum output points according to the change in insolation,
In this case, since the output of the solar panel ( P pv ) still has a larger value than the output of the solar inverter (P inv ), the terminal voltage ( V pv ) of the solar panel is further increased. Method for MPPT control of solar power generation system using.
제 9 항에 있어서, 태양광 패널의 단자전압(V pv )이 더욱 증가하면,
태양광 패널의 출력(P pv )은 태양광 출력과 단자전압 사이의 관계 P-V 곡선을 따라서, 그리고 태양광 인버터 출력(Pinv)은 일사량 변화에 따른 최대 출력점들을 연결한 곡선(P mpp )을 따라서 두 곡선이 교차하는 점으로 출력점의 위치가 이동하여 태양광 패널의 출력(P pv )이 태양광 인버터 출력(Pinv)과 같은 값을 갖게 되어,
태양광 패널의 단자전압(V pv )이 수렴하게 되고, 태양광 인버터 출력(Pinv)도 일정한 값을 갖는 것을 특징으로 하는 유효 전력 제어를 이용한 태양광 발전 시스템의 MPPT 제어를 위한 방법.
The method of claim 9, wherein when the terminal voltage ( V pv ) of the solar panel further increases,
The output of the solar panel ( P pv ) follows the relationship PV curve between the solar output and the terminal voltage, and the solar inverter output (P inv ) is the curve ( P mpp ) that connects the maximum output points according to the change in insolation. Therefore, the position of the output point is moved to the point where the two curves intersect, and the output of the solar panel ( P pv ) has the same value as the output of the solar inverter (P inv ).
A method for MPPT control of a solar power generation system using active power control, characterized in that the terminal voltage ( V pv ) of the solar panel converges and the solar inverter output (P inv ) has a constant value.
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